通過過渡{attr}2126{/attr}催化的碳-碳σ鍵活化構建新的碳-碳/雜鍵是有機化學中的主要研究課題之一。由于張力釋放驅動力，三/四元飽和/不飽和碳環是該類轉化的理想候選物。因此，擁有高張力的亞甲基環丙烷（MCPs）的反應性引起人們的廣泛關注，其可能反應模式包括近端外式亞甲基雙鍵的活化（C1-C2活化）和通過遠端單鍵C2-C3或C3-C4插入形成金屬環丁烷化物（Scheme 1a）。盡管存在區域選擇性問題，但涉及C3-C4裂解的MCP的加氫官能團化將提供一種獲得各種末端烯烴的有效方法（Scheme 1b）。
此外，末端烯烴是有機合成的重要中間體，可以用于聚合、復分解、環氧化、加氫甲酰化、加氫胺化等反應中。因此，需要開發簡單可靠的方法獲得通用的末端烯烴。為此，Yamamoto、施敏和Mascarenas等人通過選擇性C-C遠端鍵斷裂與親核性較強的前親核體如氮、氧和碳負離子親核試劑進行MCP的加氫官能團化，制備得到各種官能團化的末端烯烴。然而，上述方法均未能獲得烷基取代的末端烯烴。因此，開發通過簡單的烷基試劑對MCP進行加氫烷基化的方法具有重要意義。近日，加拿大麥吉爾大學李朝軍課題組利用簡單的腙作為碳負離子等價物，通過高選擇性的碳-碳σ鍵斷裂實現了鈀催化的亞甲基環丙烷與簡單腙的加氫烷基化（Scheme 1c）。該成果發表于近期Chem. Sci.（DOI: 10.1039/D0SC01221A）。
（圖片來源：Chem. Sci.）
首先，作者考察了以MCP 1a與苯基腙2a為模型底物進行了研究（Table 1）。在[Pd(allyl)Cl]2（5 mol%）、IPr·HCl（20 mol%）和1.2 eq. KOH的THF溶液中，1a與2a反應得到加氫烷基化產物（收率80%）。不存在鈀或堿時反應未能發生；其他鈀催化劑（如Pd2(dba)3）效率較低；NaOH與KOH效果類似，而其他堿反應性較差。配體在反應中起重要作用：NHC配體效果較好，而其他配體如PCy3和dppp效果較差。1,4-二氧六環為最佳反應溶劑。升高和降低溫度均導致收率降低。
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確定最佳反應條件后，作者考察了腙的底物范圍（Table 2）。含有甲基、甲氧基、氟、三氟甲基和N,N-二甲胺基等官能團的腙、由多環芳香醛（如1-萘醛）衍生的腙以及對位、間位、鄰位和多取代的芳香腙均適用該反應。此外，該反應還適用于由含呋喃、吡咯和吲哚的雜芳基醛制備的腙以及脂肪醛衍生的腙。
（圖片來源：Chem. Sci.）
接下來，作者考察了亞甲基環丙烷（MCP）的底物范圍（Table 3）。一般情況下，MCP均能順利反應并以中等至良好的收率得到加氫烷基化產物。在最佳反應條件下，芳環上可以耐受甲基、甲氧基、氟等各種官能團。此外，含炔基的底物具有良好的耐受性。除在R’位含有甲基和苯基的底物外，其他烷基取代的MCP以及環狀MCP也適用于該反應。然而，當R’為H時，得到3na和3na’（3:2）的區域異構體混合物。
（圖片來源：Chem. Sci.）
為了深入了解該轉化，作者進行了初步的氘標記實驗（Scheme 2）。當2a-d2與1b反應時，得到氘代產物3ba-d2，其中氘代發生在C1（52% D）和C4（78% D）位。
（圖片來源：Chem. Sci.）
基于上述實驗結果和前期研究，作者提出了可能的反應機理（Scheme 3）。首先，預催化劑[Pd(allyl)Cl]2經還原產生Pd(0)；隨后，Pd(0)直接插入MCP 1的遠端σ鍵中得到Pd-環丁烷I；堿促進腙2與Pd-環丁烷I的反應形成中間體II；然后，中間體II生成π-allyl-Pd III或III’；最后，III分解釋放出N2并生成產物3完成催化循環（Scheme 3，route a）。異構體3na’的形成（當R’=H時）可以用π-allyl-Pd III→III’的異構化來解釋，這可能是由于較低的位阻所致（Scheme 3，route b）。此外，氘標記實驗的結果支持了上述機理。
（圖片來源：Chem. Sci.）
李朝軍課題組利用簡單的腙作為碳負離子等價物，通過高選擇性的碳-碳σ鍵斷裂實現了鈀催化的亞甲基環丙烷的加氫烷基化。該方法反應條件溫和、具有良好的官能團相容性，可以高收率得到C-烷基化的末端烯烴。
